CN102852856A - 具有导流体的轴流式通风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有电机的轴流式通风机（1），所述轴流式通风机包括定子（2）和转子（3），其中，叶片（4）从构造成通风机叶轮的所述转子（3）的外缘（U3）伸出，这些叶片使气态介质沿着轴向指向的主流向（S）从输入端（E）向输出端（A）活动。为了以低廉的结构成本的方式实现在效率方面的运行特性的优化，提出以下方案，即，在所述输出端（A），将一旋转对称的导流体（5）以与定子轮毂（2a）同心的方式间接或直接地固定在所述定子（2）上，该导流体所具有的外直径（D5）大于所述定子轮毂（2a）的外直径（D2），也大于所述转子（3）的外直径（D3）但小于所述叶片（4）的外接圆（U4）的直径（D4）。

Description

具有导流体的轴流式通风机

技术领域

本发明涉及一种带有电机的轴流式通风机，所述轴流式通风机包括定子和转子，其中，叶片从构造成通风机叶轮的转子的外缘伸出（abragen），这些叶片使气态介质沿着轴向指向的主流向从输入端向输出端活动。

背景技术

对于此类以其众多实施方式而广为人知的通风机来说，“使其效率最大化”是一经久不变的发展目标。若仅就通风机叶轮来说，效率在狭义上被理解为通风机的传送效率与通风机轴所需功率之比。在给定轴功率的情况下，效率是由输送的体积流量和通风机作用的总压力增量

决定的，这两者的乘积为通风机的传送效率，其中，根据公知的伯努利方程，总压力被理解为静态压力与动态压力之和。

旨在使有害的环境污染最小化的生态设计准则

或者说ErP准则（欧盟2009/125/EG准则）的修订版，不但包含了依赖能源运行的产品（Energy-using products，即耗/用能产品），而且还将一般能源消耗相关产品（Energy-related Products，即耗能相关产品）包括在内，与之相关联的发展目标的重要性被大大增加，其取决于每一个百分点的效率的提高。无论是对于那些作为单机运行的通风机，还是对于作为一个集成在仪器或设备中的部件来运行的通风机而言，这一点都是适用的。因此，ErP准则规定了明确的最低效率，其中在这里对于效率一词的进一步的含义在于，评估整个通风机的效率，也即评估控制电路（假设存在的话）的单元的效率、电机的效率以及通风机叶轮的效率。

发明内容

本发明的基本目的在于，实现一种前述类型的轴流式通风机，此类通风机以低廉的结构成本的方式实现在效率方面的运行特性的优化。噪声特性可以不因此受到影响，或者说，最好应能同时优化噪声特性。

根据本发明，这一目的是这样实现的，即，在输出端，将一旋转对称的导流体以与定子轮毂同心的方式间接或直接地固定在定子上，该导流体所具有的外直径大于定子轮毂的外直径，也大于转子的外直径，但小于叶片外接圆（Umkreis）的直径。

这种根据本发明设计的导流体被设置在通风机后方的流通方向上，其对于被传送的气流有利地起到隔板或挡板的作用，通过该隔板或挡板，避免了体积流从电机后方的涡流区域被抽吸而出。这种涡流区在流体从环流体中分离开后产生，其在以液体作为流体介质的情况下也被称作“死水区”。在此区域不存在层流。

此外，根据本发明设计的导流体还起到了这样的作用，即，使得流体介质在大于轮毂直径的直径区域中才开始回流，由此从总体上阻碍了回流。因此回流还需如下条件，即它必须克服离心力得以实现，离心力是随着到通风机轴线的距离成比例地增大的。根据本发明，特别是在采用轴流式通风机使反压力升高的情况下产生的回流区可被保持在相对较小范围内。因为通过风扇的流体在直径大于定子轮毂之处才会分开所以，与没有所述导流体的情况相比，流体在直至其分开的那一时刻还能达到相对较大的压力。因此，通过通风机获得的总压力增量将增大，而且与不带导流体的通风机相比，其效率将增大若干百分点。

根据本发明设计的导流体可有利地与安置在轴流式通风机且同样在输出端安置在定子上的护栅一起使用。此时，导流体既可以实施成独立的部件，也可以集成到所述护栅之中，也就是说，尤其是固定在所述护栅之上或之中。而且，导流体与护栅形成一件式的实施方式在此处也是可以的。

导流体可以有利地实施为可夹持的、可旋紧的、可铆接的或可焊接的塑料件或钣金件（Blechteil），亦即实施为能够以力适配、形状适配和/或材料适配的方式固定的部件，尤其是实施为那种在生产和装配技术方面成本低廉的可夹持式塑料部件，或者实施为结构稳固并具有较高坚固性的可焊接式的钣金件。

在优选实施例中可以这样设计，即，把导流体的基本形状实施为锥形，尤其是截锥体形，其中其外罩面在安装完毕的状态下沿着远离定子的方向发散。此时带来的有利效果是，外罩面的这种斜置形式能够起到使流体向外转向的作用，从而提高所述导流体的引导能力。

附图说明

本发明的其他有利实施方式包含在各从属权利要求以及随后的说明中。下面，通过附图中示出的多个实施例对本发明作进一步地阐述。在附图中：

图1是根据本发明的轴流式通风机的第一实施例从流体介质输入端看过去的透视图；

图2是图1所示的根据本发明的轴流式通风机的实施例的侧视图；

图3是图1所示的根据本发明的轴流式通风机的实施例从流体介质的输出端看过去的俯视图；

图4是根据本发明的轴流式通风机的第二实施例从流体介质输入端看过去的透视图；

图5是图4所示的根据本发明的轴流式通风机的实施例的侧视图；

图6是图4所示的根据本发明的轴流式通风机的实施例从流体介质的输出端看过去的俯视图；

图7以与图1和图4类似的形式示出了根据本发明的轴流式通风机的另一实施例。

附图标记列表

1    轴流式通风机

2    轴流式通风机1的定子

2a   轴流式通风机1的定子轮毂

3    轴流式通风机1的转子

4    转子3上的叶片

5    导流体

5a   导流体5的外罩面

5b   导流体5的边缘

6    螺栓

7    护栅

7a   护栅7的径向固定梁

7b   护栅7的沿周向延伸的栅梁

8    导流喷嘴

8a   导流喷嘴8的喷嘴槽

8b   导流喷嘴8的喷嘴壁

9    导流喷嘴8的框架结构

9a   框架结构9的固定孔

A    输出端

D2   定子轮毂2a的外直径

D3   转子3的外直径

D4   叶片4的外直径

D5   导流体5的外直径

E    输入端

S    主流向

U3   转子3的外缘（直径D3）

U4   叶片4的外接圆（圆周，直径D4）

U5   导流体5的外缘（直径D5）

X-X  轴流式通风机1的纵轴

μ   外罩面5a与X-X之间的夹角

具体实施方式

对于下述的说明，需要强调的是：本发明并不限于这些实施例，因此也不限于所描述的特征组合中的全部或多个特征；实际上，任一实施例中的每一单个子特征在与其他所有结合在一起描述的子特征分开时，无论是单独存在，还是与另一实施例中的任一特征相组合，都依然具有发明意义。

在附图的不同图形中，相同的部件均配以相同的附图标记，因而对它们一般只分别描述一次。

首先，从示出了本发明第一实施例的图1至3以及示出了本发明第二实施例的图4至6中可以得知，根据本发明的通风机1（如图所示其被实施为轴向结构）包括定子2和转子3，其中，在构造成具有外直径D3的通风机叶轮的转子3的外缘U3上固定有叶片4，所述叶片使气态介质沿着轴向指向的主流向S从输入端E向着输出端A活动。叶片4的顶端在直径为D4的外接圆U4上运动，直径D4可视为通风机叶轮的最大直径。

根据本发明，可以设计如下，即在输出端A，将一旋转对称的导流体5以与定子轮毂2a同心的方式间接或直接地固定在定子2上，且该导流体所具有的外直径D5大于所述定子轮毂2a的外直径D2并且也大于转子3的外直径D3。理论上，其最大尺寸是由叶片4的外接圆U4的直径D4限定的，其中导流体5的外直径D5至少应比外接圆U4的直径D4小15%，以便使传送流体沿着轴向指向的主流向S到达。

与本发明所相关联的优点已在前文列出。特别要指明的是，通过轴流式通风机1的流体在导流体5的外直径D5处（也即流体分开处）能够获得的压力大于其在定子轮毂2a的外直径D2处获得的压力，因此其将获得更高的效率。

导流体5可实施为可夹持的、可旋紧的、可铆接的或可焊接的塑料件或钣金件，尤其是实施为可夹持的塑料部件或可焊接的钣金件。在示出的两个实施方式中，导流体5是借助于螺栓6与定子2，尤其是该定子的定子轮毂2a旋拧在一起的。

优选地，导流体5的外直径D5是这样确定的，即，导流体5的外缘U5以半径Ropt伸展，该半径距离转子3的外缘U3最多为叶片4的长度L4的40%，并优选地在一区域中伸展，该区域距离转子3的外缘U3大约为叶片4的长度L4的20-30%。因为叶片4可制成不同形状，例如可带有弧度和/或具有拱形外边缘，所以叶片4的标准长度L4是根据公式（1）给出的一个值：

L4=(D4-D3)/2(1)

上面提到的理想比例范围也可以因此通过下面的公式（2）或者更简化的公式（3）来表达：

D5/2=R_opt=D3/2+(0.2...0.3)*(D4-D3)/2           (2)

D5=D3+(0.2...0.3)*(D4-D3)                      (3)

因此，导流体5的外直径D5的理想边界条件为：

D5<D3+0.4*(D4-D3)                              (4)

如果转子3的外缘U3构造成锥状，则取直径D3的最大值计算。

特别通过图2和图5，相应的直径和长度的比例关系被很好地示出。在所述比例范围内，效率可获得最大的增量。

为实现更好地引导流体的目的，可以通过斜置导流体5的由外罩面5a构成的引流面来引导流体发生转向。为此，如图所示，根据本发明可以优选地这样设计，即，将导流体5的基本形状实施为锥形，尤其是截锥体形，其中其外罩面5a在安装完毕的状态下沿着远离定子2的方向发散。特别是像图2和图5所示的那样，此时尤其优选这样设计，即，导流体5的外罩面5a以与通风机纵轴X-X成角度μ的方式延伸，角度μ不小于30°，并优选处于55°至65°的范围内。在这一角度范围内，效率可获得最大的增量。

如本发明的两个示出的实施例所示，在输出端A,在定子2上固定有护栅7。图4至图6中所示出的第二实施例与图1至图3所示的第一实施例的不同之处在于其导流体5是集成在护栅7中的。在这两个实施例中，导流体5和护栅7借助于螺栓6与定子轮毂2a旋拧在一起。因此螺栓6同时地伸入径向延伸的、用来固定护栅7以及该护栅的同心且沿周向延伸的栅梁7b的固定梁7a中的固定孔中以及导流体5的沿垂直于轴向指向的主流向S延伸的边缘5b中的固定孔中。

在第二实施例中，导流体5是集成在护栅7中的，这意味着，护栅7的同心且沿周向延伸的栅梁7b在导流体5的范围内是省去的，这一点有利于节省材料。导流体5的外罩面5a与护栅7的形状相适配，因而就有利地承担起了护栅的部分保护功能。

而第一实施例则与此不同，即，为根据本发明提高通风机的效率，并无必要在转子上3设置新的叶片组，而是根据本发明设计的导流体5可与公知的通风机部件一起使用。换言之：不必为了提高效率而定义新的通风机类型，而只需用根据本发明的导流体5对现有通风机进行升级改造即可。这样并不会使噪声特性变坏，而是甚至有可能使其得到改善。

为能够使根据本发明的轴流式通风机1安装到例如建筑物墙壁或仪器以及机械中，其可优选地设计成自由通风，也就是说它后面不接管路系统，因为在这种情况下，导流体5由于适配的总流通比例而展示其最高的效率。就像从前面的实施例中已表明的那样，本发明不限于所描述的实施例，而是包括所有在本发明的意义上具有相同作用的设备和措施。例如以下设计同样也在本发明的范围之内：轴流式通风机1的几何结构与所示出的结构有所偏差，或者在根据本发明的轴流式通风机的单机实施方式中存在取代护栅7的承载十字梁或者除了采用护栅7，还额外增加承载十字梁。如所示出，导流体5可以直接地或者例如通过护栅7间接地固定在定子2上，这并不脱离本发明的范围。

此外，本领域的技术人员可以设计其他附加的、依据本发明目的的技术措施，但这并没有脱离本发明的范围。例如，图7示出了根据本发明的轴流式通风机1的一个实施例，在该实施例中，叶片4的外部被沿主流向S锥形延伸并在之后的延伸中构造成中空圆柱体形的导流喷嘴8所包围。此种导流喷嘴8可以根据安装情况而被实施为具有不同的轴向长度，例如可将其制成所谓的短喷嘴，此时，叶片4在输出端A处是从喷嘴槽8a中伸出的。采用这种方式至少可以防止由导流体5引导的流体撞击到喷嘴壁8b上，此种撞击有可能导致效率损失。喷嘴8与导流体5结合在一起协同作用，将使在根据本发明的通风机1中的流体形成情况得到优化。在示出的实施例中，圆形的导流喷嘴8以依据本发明的目的的方式嵌入将其全面包围的，尤其呈正方形的框架结构9中，该框架结构具有用来安装的固定孔9a。

本发明迄今为止并不限于在权利要求1中限定的特征组合，其也可以被定义为任意一种其他的组合方式，只要这种组合是通过已被全部公开的单个特征中的一定特征组合而成的。这就是说，原则上并且实际上，权利要求1中的每一单个特征均可以被去掉或者可以被至少一个在本申请的其它地方公开的单个特征所替代。就此而言，各权利要求仅应被理解为对于一个发明的一种最初表述尝试。

Claims (8)

1.一种带有电机的轴流式通风机（1），所述轴流式通风机包括定子（2）和转子（3），其中，叶片（4）从构造成通风机叶轮的所述转子（3）的外缘（U3）伸出，这些叶片使气态介质沿着轴向指向的主流向（S）从输入端（E）向输出端（A）活动，其特征在于，在所述输出端（A），将旋转对称的导流体（5）以与定子轮毂（2a）同心的方式间接或直接地固定在所述定子（2）上，该导流体所具有的外直径（D5）大于所述定子轮毂（2a）的外直径（D2）、大于所述转子（3）的外直径（D3）但小于所述叶片（4）的外接圆（U4）的直径（D4）。

2.根据权利要求1所述的通风机（1），其特征在于，在所述输出端（A），在所述定子（2）上固定有护栅或承载十字梁。

3.根据权利要求2所述的通风机（1），其特征在于，所述导流体（5）集成在所述护栅或承载十字梁中。

4.如权利要求1至3之一所述的通风机（1），其特征在于，所述导流体（5）实施为可夹持的、可旋紧的、可铆接的或可焊接的塑料件或钣金件，尤其是实施为可夹持的塑料部件或可焊接的钣金件。

5.如权利要求1至4之一所述的通风机（1），其特征在于，所述导流体（5）的外直径（D5）是根据公式D5<D3+0.4*(D4-D3)，优选根据公式D5=D3+(0.2...0.3)*(D4-D3)来确定大小的。

6.如权利要求1至5之一所述的通风机（1），其特征在于，所述导流体（5）的基本形状被实施为锥形，尤其是截锥体形，其中，其外罩面（5a）在安装完毕的状态下沿着远离定子（2）的方向发散。

7.根据权利要求6所述的通风机（1），其特征在于，所述导流体（5）的外罩面（5a）以与通风机纵轴形成夹角（μ）的方式延伸，所述夹角不小于30°，并优选落在55°至65°的区间内。

8.如权利要求1至7之一所述的通风机（1），其特征在于，所述叶片（4）的外部被沿主流向（S）锥形延伸并在之后的延伸中构造成中空圆柱体形的导流喷嘴（8）所包围。

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